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Metal, con su apariencia lustrosa y propiedades dúctiles, ocupa una posición insustituible en los ámbitos de la artesanía y la fabricación de joyas. Impulsados por la tecnología moderna, los materiales metálicos están gradualmente convirtiéndose en el foco de investigación y aplicación en la tecnología de corte láser. Máquinas de corte láser permiten una precisión y eficiencia sin precedentes en el procesamiento de diversos metales, desbloqueando nuevas posibilidades. Este artículo profundiza en los efectos de la tecnología de corte láser en metales comunes y enfatiza las consideraciones de seguridad durante el uso.
Principios de Corte Láser para Materiales Metálicos
Los principios detrás del corte láser de materiales metálicos implican interacciones intrincadas entre el metal y la luz. Cuando un haz láser de 1064nm irradia la superficie del metal, exhibe una serie de características notables en respuesta a la interacción con las ondas de luz.
Inicialmente, los metales tienen una tasa de absorción baja del 0,5% al 10% para esta longitud de onda, lo que permite que el láser penetre en el material sin causar daños en la superficie. Sin embargo, a medida que el haz láser se enfoca en la superficie del metal, formando un punto con una densidad de potencia alta, la superficie genera rápidamente energía térmica. Este proceso ocurre en microsegundos, desencadenando una reacción instantánea del metal.
Los metales en estado fundido durante este proceso muestran un aumento significativo en la tasa de absorción, de hasta un 60% a un 80%. Este cambio abrupto conduce a la fusión de la superficie del metal, formando un estado líquido. En el corte láser, el haz láser de alta densidad escanea la superficie del metal, calentando rápidamente el material a temperaturas que van desde varios miles hasta más de diez mil grados Celsius. El intenso calor hace que el material metálico se derrita o vaporice, creando una zona fundida o vaporizada.
Para lograr un corte preciso, se introduce gas a alta presión en el área afectada por el láser. El papel de estos gases es expulsar las sustancias metálicas fundidas o vaporizadas de la brecha de corte. La fuerza de flujo de estos gases a alta presión ayuda a eliminar los residuos de metal fundido y a soplar rápidamente las sustancias vaporizadas, logrando un corte limpio y preciso. La tecnología de corte láser, con su alta capacidad de control y características de calentamiento rápido, encuentra aplicaciones extensas en el campo del procesamiento de metales, abriendo nuevas posibilidades para la industria manufacturera.
7 Metales Comunes que las Máquinas de Corte Láser Pueden Procesar
La tecnología de corte láser se aplica ampliamente para procesar tanto materiales metálicos como no metálicos, reduciendo el tiempo de procesamiento, disminuyendo los costos y mejorando la calidad de las piezas de trabajo. La siguiente sección analiza los efectos de procesamiento de las máquinas de corte láser en varios metales comunes.
Acero al Carbono
Los modernos sistemas de corte láser pueden cortar placas de acero al carbono con un grosor de hasta 20 mm o incluso más grueso. Las máquinas de corte láser asistidas por oxígeno pueden controlar las costuras de corte a un ancho satisfactorio, logrando costuras tan estrechas como alrededor de 0,01 mm para placas delgadas.
Acero Inoxidable
Las máquinas de corte láser de fibra sirven como herramientas eficaces para la industria manufacturera. Al controlar estrictamente la entrada de calor durante el proceso de corte láser, se puede minimizar la zona afectada por el calor , preservando la excelente resistencia a la corrosión del acero inoxidable.
Titanio y Aleaciones de Titanio
El titanio puro se acopla eficientemente con haces láser enfocados, lo que ayuda en el corte rápido al usar oxígeno como gas auxiliar. Sin embargo, el uso de aire como gas auxiliar es más seguro para evitar la oxidación en los bordes cortados.
Aluminio y Aleaciones de Aluminio
El corte de aluminio implica un proceso de fusión, siendo el gas auxiliar utilizado principalmente para eliminar los productos fundidos del área de corte. Generalmente, se puede lograr una buena calidad de superficie de corte. Para algunas aleaciones de aluminio, son necesarias precauciones para evitar la formación de microfisuras intergranulares en la superficie cortada.
Cobre y Aleaciones de Cobre
El cobre puro (cobre rojo) no puede ser cortado con un haz láser de CO2 debido a su alta reflectividad. Se requieren máquinas de corte láser de fibra con capacidades específicas de antirreflejo. El latón (aleación de cobre) se puede cortar con máquinas de corte láser de alta potencia, utilizando aire u oxígeno como gas auxiliar para cortar láminas delgadas.
Aleaciones de Níquel
La mayoría de aleaciones de níquel pueden someterse a corte por fusión-oxidación. Exhiben excelentes propiedades mecánicas, físicas y químicas, encontrando aplicaciones generalizadas en el desarrollo de energía, industria química, electrónica, navegación, aviación y aeroespacial.
Acero de Aleación
La mayoría de los aceros estructurales de aleación y los aceros para herramientas de aleación pueden lograr una buena calidad de borde de corte con el corte láser. Incluso los materiales de alta resistencia pueden producir bordes de corte rectos y sin escoria si los parámetros del proceso están bien controlados. Sin embargo, los aceros para herramientas de alta velocidad que contienen tungsteno y los aceros para herramientas de trabajo en caliente pueden experimentar fusión y formación de escoria durante el corte láser.
Con el rápido desarrollo de la industria láser, las tecnologías y productos relacionados están cada vez más maduros. En el campo de las máquinas de corte láser, las máquinas de corte láser de fibra, con sus bajos costos de mantenimiento y alta calidad de corte, ofrecen una mayor rentabilidad en comparación con las máquinas de corte láser YAG y CO2. Están ganando más cuota de mercado.
Evaluación de la Calidad de las Máquinas de Corte Láser de Metal
Al usar una máquina de corte láser de metal, evaluar la calidad del mecanizado implica varios puntos clave:
Superficie de Corte Lisa, Menos Patrones y Sin Fracturas Frágiles
Cuando se corta láser una lámina a altas temperaturas, no deben aparecer rastros de material fundido debajo del haz láser vertical, sino ser expulsados desde la parte posterior del haz láser. Para corregir esto, reduzca la velocidad de avance al final del proceso de corte para eliminar la formación de patrones.
Ancho Estrecho de la Costura de Corte
Generalmente, el ancho de corte no afecta la calidad del corte, excepto al crear contornos especialmente precisos dentro de los componentes. El ancho de corte determina el diámetro interno mínimo de los contornos, y a medida que aumenta el grosor de la lámina, el ancho de corte también aumenta. Por lo tanto, para garantizar una alta precisión constante, el área de trabajo de la máquina de corte láser debe permanecer constante, independientemente del ancho de corte.
Buena Verticalidad de la Costura de Corte, Zona Afectada por el Calor Pequeña
La verticalidad del borde de corte se vuelve crucial al procesar materiales más gruesos que 18mm. A medida que el haz láser se aleja del foco, se diverge, causando que el corte se ensanche hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la posición del enfoque. La desviación del borde de corte de la línea vertical por unos pocos milímetros resulta en menos verticalidad, lo que afecta la calidad del corte.
Efectos Térmicos en los Materiales Cortados
Como herramienta de procesamiento de corte térmico, la máquina de corte láser de metal inevitablemente causa efectos térmicos en los materiales, reflejados en tres aspectos:
– Zona afectada por el calor: El área cerca del corte que se calienta durante el corte láser.
– Concavidades y corrosión: Afectan negativamente la superficie del borde de corte, impactando la apariencia de la máquina de corte láser.
– Deformación del material: Si el corte provoca un rápido aumento de temperatura, puede provocar deformaciones. En el procesamiento fino, esto es crucial, ya que los contornos y las piezas de conexión suelen tener solo unos pocos milímetros de ancho. Controlar la potencia láser y usar pulsos láser cortos puede reducir el calentamiento de los componentes y prevenir la deformación.
Consideraciones de Seguridad al Usar Máquinas de Corte Láser de Metal
En el mundo contemporáneo de la fabricación industrial, las máquinas de corte láser de metal se están volviendo cada vez más comunes. Con sus ventajas de alta eficiencia, flexibilidad y baja contaminación, encuentran aplicaciones extensas en diversas industrias, especialmente en el procesamiento de materiales metálicos, brindando mayores beneficios a numerosos fabricantes de procesamiento de metales. Sin embargo, los usuarios pueden enfrentar problemas de seguridad durante la operación de las máquinas de corte láser de metal, algunos debido a una operación incorrecta y otros debido a una comprensión insuficiente de la máquina. Estos problemas representan riesgos significativos, enfatizando la importancia de la prevención temprana. Exploremos cómo los usuarios pueden proteger su seguridad al usar máquinas de corte láser de metal.
Diez Puntos de Seguridad Principales para Operar Máquinas de Corte Láser de Metal:
Entrenamiento del Operador
Los operadores deben recibir capacitación para familiarizarse con la estructura y el rendimiento del equipo, al mismo tiempo que adquieren conocimientos sobre el sistema operativo.
Manipulación de Materiales
Evitar el procesamiento de materiales que potencialmente puedan producir humo y vapor antes de la irradiación láser explícita o el calentamiento para prevenir peligros potenciales.
Supervisión Constante
Los operadores no deben dejar la máquina sin supervisión durante el arranque. Si es necesario salir, detener la máquina o apagar el interruptor de alimentación.
Cumplimiento de Normas de Seguridad
Adherirse a las normas de rendimiento de seguridad universales de las máquinas de corte. Iniciar el láser de acuerdo con el procedimiento de arranque de láser especificado.
Prevención de Incendios
Colocar extintores de incendios en lugares fácilmente accesibles. Cuando no esté en funcionamiento, cerrar el láser o la compuerta. Evitar colocar materiales combustibles como papel, tela u otros materiales inflamables cerca del haz láser desprotegido.
Precauciones en el Procesamiento de Materiales
Evitar el procesamiento de materiales que potencialmente puedan producir humo y vapor antes de la irradiación láser explícita o el calentamiento para prevenir peligros potenciales.
Respuesta Inmediata a Anomalías
Si se detectan anomalías durante el procesamiento, apagar inmediatamente la máquina y rectificar la falla o informar rápidamente al supervisor.
Equipo de Protección Personal
Usar equipo de protección ocupacional según sea necesario y usar gafas de seguridad láser compatibles cerca del haz láser.
Precauciones en la Manipulación de Cilindros
Al usar cilindros de gas, evitar dañar el alambre de soldadura para prevenir accidentes de fuga. El uso y transporte de cilindros debe cumplir con las regulaciones de los cilindros. Prohibir que los cilindros de gas explosivo estén expuestos a la luz solar o fuentes de calor. Al abrir la válvula del cilindro, el operador debe pararse junto a la boca del cilindro.
Seguridad en el Mantenimiento
Adherirse a las regulaciones de seguridad de alta presión durante el mantenimiento. Según los estándares y procedimientos, las máquinas de corte láser de metal deben someterse a mantenimiento cada 40 horas de operación o semanalmente y mantenimiento mayor cada 1000 horas de operación o cada seis meses. Después de encender la máquina, abrir manualmente a baja velocidad en las direcciones X e Y y verificar anomalías.
Conclusión
En la actual ola de fabricación industrial, las máquinas de corte láser de metal, como una tecnología visionaria, proporcionan conveniencia y eficiencia en la producción en diferentes sectores. Sin embargo, el progreso tecnológico debe ir de la mano con un uso seguro. Al mejorar la comprensión de las máquinas de corte láser de metal, operarlas de manera racional y tener en cuenta los puntos de seguridad, podemos explorar mejor el potencial de esta tecnología y impulsar el progreso en la industria manufacturera. En el futuro, con el continuo desarrollo de la tecnología láser, las máquinas de corte láser de metal sin duda jugarán un papel cada vez más importante en la innovación y producción, inyectando nuevo impulso en el desarrollo de diversas industrias.
